Y染色体在遗传上是退化的，失去了它们祖先中存在的大部分活性基因。关于Y染色体退化主要有四种主要理论:穆勒棘轮理论、背景选择理论、弱选择的希尔罗伯逊效应和有利突变对有害等位基因的“搭便车”效应【1】。那么Y染色体退化究竟是怎么实现的呢？为了揭开这一问题的答案，法国蒙彼利埃大学Thomas Lenormand研究组在Science发文题为Y recombination arrest and degeneration in the absence of sexual dimorphism，为Y染色体停滞以及退化过程提出了新的见解。

目前关于Y染色体退化的理论是一个三步走战略，首先Y染色体重组过程被阻滞，将与雄性有关的等位基因与Y染色体连接起来；随后Y染色体变性，在没有重组的情况下进化的选择失效；最后剂量补偿效应，纠正由此导致的的雄性X染色体连锁基因表达量较低的状况，这些过程驱动性别二态性的进化。在第二步中重组的阻滞的确实会造成自然选择干扰，从而降低了自然选择的有效性，导致Y染色体上有害突变的积累和遗传退化【1】。在过去的五十年时间里，大家一直试图从理论与实验双方面对Y染色体退化的具体机制进行探究。

为了对这一问题探究，作者设计了一个性染色体进化模型，其中包括了基因表达的顺式和反式调控的共同进化（图1）。该模型中保持雄性和雌性的对称，每个基因的表达水平都有基因表达调节器的调节，每个基因两个拷贝的相对表达决定了编码基因中发生有害突变的显性水平。同时，作者假设染色体上可能会发生各种各样的倒转，且Y染色体上的倒转可能会被恢复。当出现倒转后，会冻结Y染色体上的一个片段；如果碰巧出现出现较少或者较为温和的有害突变，则这种选择性则有可能的被逆转。但一旦这种倒转被固定，Y染色体上便开始积累有害物质。

图1 性染色体进化模型

当Y染色体上调控序列发生倒置和进化时，出现一个正反馈循环，也就是倒转基因固定在Y染色体上，然后Y染色体重组停滞，X和Y顺式调控基因就开始独立进化，导致Y染色体上连锁的等位基因快速退化，从而积累更多的有害突变。而且新生剂量补偿引起的性拮抗作用保护分化的染色体倒转不可逆转，从而确保Y染色体退化过程的进行。基因表达剂量补偿的选择促进了剂量补偿效应的进化，保护了Y染色体退化过程中基因表达稳定。作者们所提出理论与前人不同的是，前人的理论认为性别二态性驱动基因表达的剂量补偿效应，而作者们认为这一过程本质上是随机的，并不是因为性别二态性的进化方向更为有利而存在选择压力导致Y染色体退化。

图2 工作模型：Y染色体退化的四步走战略

总得来说，该文章通过计算所建立的模型和理论可以解释性染色体中不重组区域的快速扩张、变性和剂量补偿现象，该过程是一个随机过程，并不需要预先存在有利于性二态性的选择压力。该四步走战略从染色体倒转被固定开始，随后两种性染色体基因表达调控出现分析，而后Y染色体开始退化早期的剂量补偿效应快速跟上，中间步骤循环往复进行，形成一个正反馈循环，直到最终Y染色体退化、基因沉默以及剂量补偿效应维持性别决定系统的稳定（图2）。

由于该工作对于性别进化实现了新的理论突破，同期刊发了评论文章题为A new model of sex chromosome evolution，向经典的Y染色体退化理论提出挑战。新的理论认为的基础是基因调控使得雄性相关基因表达降低，从而导致有害突变的累积，而非由于重组停滞导致突变累积然后促进基因表达的降低（图3）。孰是孰非，看来得让子弹飞一会儿。

图3 经典模型与该工作中新模型的对比

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj1813